Διαφορά μεταξύ της μοριακής τροχιακής θεωρίας και της θεωρίας των δεσμών Valence
Θεωρία Μοριακής Τροχιάς vs. Θεωρία Δεσμών Valence
Γνωρίζουμε ότι τα μόρια έχουν διαφορετικές χημικές και φυσικές ιδιότητες από τα μεμονωμένα άτομα που ενώθηκαν για να κάνουν το μόριο. Όταν τα άτομα ενώνονται για να σχηματίσουν μόρια, το πώς οι ατομικές ιδιότητες αλλάζουν σε μοριακές ιδιότητες είναι μια ερώτηση. Για να κατανοήσουμε αυτές τις διαφορές είναι απαραίτητο να κατανοήσουμε το σχηματισμό χημικών δεσμών μεταξύ αρκετών ατόμων στην παραγωγή μορίων. Ο Lewis πρότεινε έναν τρόπο να αντιπροσωπεύσει τη συγκόλληση. Αντιπροσωπεύει τα ηλεκτρόνια σθένους ενός ατόμου με κουκκίδες και λέει ότι όταν αυτά τα ηλεκτρόνια σθένους μοιράζονται ή δίδονται σε άλλο άτομο για να επιτευχθεί η διαμόρφωση των ευγενών αερίων, σχηματίζονται χημικοί δεσμοί. Ωστόσο, αυτή η θεωρία δεν μπορούσε να εξηγήσει πολλές παρατηρούμενες χημικές ιδιότητες. Επομένως, για μια σωστή εξήγηση του σχηματισμού χημικών δεσμών, πρέπει να αναζητήσουμε κβαντική μηχανική. Προς το παρόν, δύο κβαντικές μηχανικές θεωρίες χρησιμοποιούνται για να περιγράψουν τον ομοιοπολικό δεσμό και την ηλεκτρονική δομή των μορίων. Αυτές είναι η θεωρία δεσμών Valence και η μοριακή τροχιακή θεωρία που περιγράφονται παρακάτω.
Θεωρία δεσμών ValenceΗ θεωρία των δεσμών Valence βασίζεται στην προσέγγιση των εντοπισμένων δεσμών, στην οποία υποθέτει ότι τα ηλεκτρόνια σε ένα μόριο καταλαμβάνουν ατομικά τροχιακά των επιμέρους ατόμων. Για παράδειγμα, στο σχηματισμό μορίου Η2, δύο άτομα υδρογόνου αλληλοεπικαλύπτονται τα 1s τροχιακά τους. Με την επικάλυψη των δύο τροχιακών, μοιράζονται μια κοινή περιοχή στο διάστημα. Αρχικά, όταν τα δύο άτομα είναι πολύ μακριά, δεν υπάρχει αλληλεπίδραση μεταξύ τους. Έτσι, η πιθανή ενέργεια είναι μηδέν. Καθώς τα άτομα πλησιάζουν το ένα στο άλλο, κάθε ηλεκτρόνιο έλκεται από τον πυρήνα στο άλλο άτομο, και την ίδια στιγμή, τα ηλεκτρόνια αποκλίνουν το ένα το άλλο, όπως και οι πυρήνες. Ενώ τα άτομα είναι ακόμα χωρισμένα η έλξη είναι μεγαλύτερη από την απωλία, έτσι μειώνεται η δυναμική ενέργεια του συστήματος. Το σημείο στο οποίο η δυνητική ενέργεια φτάνει στην ελάχιστη τιμή, το σύστημα βρίσκεται σε σταθερότητα. Και αυτό συμβαίνει όταν δύο άτομα υδρογόνου συναντιούνται και σχηματίζουν το μόριο. Ωστόσο, αυτή η αλληλεπικαλυπτόμενη έννοια μπορεί να περιγράψει μόνο απλά μόρια όπως H2, F2, HF, κλπ. Αλλά όταν πρόκειται για μόρια όπως το CH4, αυτή η θεωρία δεν τους εξηγεί. Ωστόσο, συνδυάζοντας αυτή τη θεωρία με την υβριδική τροχιακή θεωρία, αυτό το πρόβλημα μπορεί να ξεπεραστεί. Ο υβριδισμός είναι η ανάμιξη δύο μη ισοδύναμων ατομικών τροχιακών. Για παράδειγμα, στο CH4, το C έχει τέσσερις υβριδικές τροχιές sp3 που επικαλύπτονται με τις τροχιές του κάθε Η.
Στα μόρια, τα ηλεκτρόνια βρίσκονται σε μοριακά τροχιακά αλλά τα σχήματα τους είναι διαφορετικά και συνδέονται με περισσότερους από έναν ατομικούς πυρήνες.Η περιγραφή των μορίων που βασίζονται σε μοριακά τροχιακά ονομάζεται μοριακή τροχιακή θεωρία. Η κυματική συνάρτηση που περιγράφει ένα μοριακό τροχιακό μπορεί να ληφθεί από τον γραμμικό συνδυασμό ατομικών τροχιακών. Οι τροχιακές μορφές σύνδεσης, όταν δύο ατομικές τροχιακές αλληλεπιδρούν στην ίδια φάση (εποικοδομητική αλληλεπίδραση). Όταν αλληλεπιδρούν έξω από τη φάση (καταστροφική αλληλεπίδραση), από τα τροχιακά αντι-συγκόλλησης. Έτσι, υπάρχει μια τροχιά δέσμευσης και αντι-συγκόλλησης για κάθε αλληλεπίδραση κάτω από την τροχιά. Στα μόρια, είναι διατεταγμένα τα τροχιακά συγκόλλησης και αντι-συγκόλλησης. Οι τροχιακές συνδέσεις έχουν χαμηλή ενέργεια και τα ηλεκτρόνια είναι πιθανότερο να διαμένουν σε αυτά. Τα τροχαλία ενάντια στην συγκόλληση έχουν υψηλή ένταση ενέργειας και όταν γεμίσουν όλα τα τροχιακά σύνδεσης, τα ηλεκτρόνια κινούνται και γεμίζουν τα τροχιακά.
